(57)【要約】【課題】高コストのモータ回転制御ドライバを用いることなく、エンジンの停止過程における回転降下中のリングギヤ３にスタータのピニオン１９を短時間で噛み合わせてエンジンを再始動できるエンジン始動装置を提供する。【解決手段】スタータは、ピニオン押出用ソレノイド８の作動によりピニオン１９がクラッチ１８と一体にリングギヤ側へ押し出されてリングギヤ３に押し付けられた時に、リングギヤ３がピニオン１９を回そうとする回動トルクよりクラッチ１８の空転側の回動トルクの方が小さく設定されている。ＥＣＵ２は、エンジン停止過程でリングギヤ３の回転降下中に再始動要求が発生した場合に、リングギヤ３とピニオン１９との相対回転数がδＮとなった時にピニオン押出用ソレノイド８を作動させ、ピニオン１９とリングギヤ３との噛み合いが完了した後、所定時間経過した時点でモータ通電用スイッチ１０を作動させる。【選択図】図３
2010255523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの始動を行うスタータと、
前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記スタータの作動を制御する制御手段とを備えるエンジン始動装置であって、
前記スタータは、
通電により回転力を発生するモータと、
このモータの回転力が伝達されて回転する出力軸と、
この出力軸の外周にヘリカルスプライン嵌合する一方向クラッチと、
この一方向クラッチを介して前記モータの回転力が伝達されるピニオンと、
このピニオンを前記一方向クラッチと一体にエンジン側に設けられたリングギヤへ押し出す働きを有するピニオン押出手段と、
前記モータへの通電電流をオン／オフするモータ通電手段とを備え、
前記ピニオン押出手段の作動により前記ピニオンが前記一方向クラッチと一体に前記リングギヤ側へ押し出されて前記リングギヤに押し付けられた時に、前記リングギヤが前記ピニオンを回そうとする回動トルクより前記一方向クラッチの空転側の回動トルクの方が小さく設定され、
前記制御手段は、前記ピニオン押出手段の作動と前記モータ通電手段の作動を個々に独立して制御でき、前記回転数検出手段により検出される前記リングギヤの回転数と前記モータの回転数より前記リングギヤと前記ピニオンとの相対回転数を求め、所定の相対回転数（但し、前記リングギヤの回転数＞前記ピニオンの回転数）の時に前記ピニオン押出手段を作動させることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項２】
請求項１に記載したエンジン始動装置において、
前記リングギヤの歯の軸方向ピニオン側の端面をリングギヤ端面と呼び、前記ピニオンの歯の軸方向リングギヤ側の端面をピニオン端面と呼ぶ時に、前記リングギヤ端面と前記ピニオン端面の少なくとも一方には、回転方向と交差する方向に凹部が形成されていることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載したエンジン始動装置において、
前記リングギヤの歯の軸方向ピニオン側の端面をリングギヤ端面と呼び、前記ピニオンの歯の軸方向リングギヤ側の端面をピニオン端面と呼ぶ時に、前記リングギヤ端面と前記ピニオン端面の少なくとも一方には、摩擦係数を大きくする摩擦係数増加手段が形成されていることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項４】
請求項２に記載したエンジン始動装置において、
前記リングギヤの歯の周方向の面をリングギヤ歯面と呼び、前記ピニオンの歯の周方向の面をピニオン歯面と呼ぶ時に、
前記凹部は、前記リングギヤ端面と前記リングギヤ歯面との交差部と、前記ピニオン端面と前記ピニオン歯面との交差部との少なくとも一方に設けた面取り部であることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項５】
請求項３に記載したエンジン始動装置において、
前記摩擦係数増加手段は、前記ピニオンのモジュールの数分の一以下の深さと幅を有する複数の溝であることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項６】
請求項１〜５に記載した何れかのエンジン始動装置において、
前記モータは、電機子に設けられる整流子と、この整流子の表面（整流子面と呼ぶ）に当接するブラシと、このブラシを前記整流子面に押圧するブラシスプリングとを有する直流ブラシ付きモータであり、前記電機子の回動トルクを前記一方向クラッチの空転側の回動トルクより大きくなるように設定したことを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項７】
請求項６に記載したエンジン始動装置において、
前記スタータは、前記モータの回転速度を減速して前記出力軸に伝達する減速装置を有することを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項８】
請求項１〜７に記載した何れかのエンジン始動装置において、
前記制御手段は、前記ピニオン押出手段の作動開始から所定時間経過後に、前記モータ通電手段を作動させることを特徴とするエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの停止過程で惰性回転中のリングギヤにスタータのピニオンを噛み合わせてエンジンを再始動させることが可能なエンジン始動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策におけるＣＯ２削減策の一つとして、自動車のアイドルストップが重要な手段とされている。このアイドルストップは、例えば、交差点での信号停止や渋滞等により車両が一時停止した際に、エンジンへの燃料噴射を停止してエンジンを自動的に停止させるシステムである。
従来から行われているアイドルストップは、車両が停止した後にエンジンを自動停止するものであるが、ＣＯ２削減効果を更に向上するためには、エンジン停止時間を延ばすことが有効である。その具体的な方法として、車両が停止した後にエンジン停止を行う従来のシステムから、車速があるうち（車両が停止する前の減速中）にエンジンを停止するシステムへの転換が考えられる。これにより、従来から行われているアイドルストップに比べて、大幅なＣＯ２削減効果の向上が期待される。
【０００３】
しかし、ここで問題となるのが、エンジンが停止過程に入った後の再始動である。つまり、従来のスタータは、基本的にエンジンのリングギヤが停止状態からでないと、ピニオンをリングギヤに噛み合わせることができないため、従来のスタータを使用してエンジンを再始動する場合は、エンジンが停止過程に入った後、エンジンが完全に停止するまで再始動できないことになる。これにより、例えば、交差点の信号機が赤信号となり、車両が減速状態となって停止指令が出力され、エンジンが停止過程に入った後、信号機が青信号に変わった場合でも、直ちに再走行できないため、後続車に迷惑がかかり、ユーザが心理的な負担を感じることがある。従って、車両の減速中にアイドルストップを実施するためには、エンジンの停止過程における再始動を可能とすることが必須となる。
【０００４】
ここで、エンジンの停止過程における再始動を実現するためには、回転中のリングギヤにスタータのピニオンを噛み合わせる必要があり、それを可能にする一つの方法として、特許文献１に開示された従来技術がある。この特許文献１には、リングギヤの回転数を検出する第１の回転数検出手段と、スタータのピニオンあるいはモータの回転数を検出する第２の回転数検出手段と、モータの回転数を制御するモータ回転制御ドライバとを有し、前記第１、第２の回転数検出手段によって検出した回転数の値を基に、ピニオンの回転数をモータ回転制御ドライバにより制御してリングギヤの回転数に同期させることにより、ピニオンをリングギヤに噛み合わせる方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００７／１０１７７０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載された方法（ピニオンの回転数をリングギヤの回転数に同期させて噛み合わせる方法）は、離れたギヤ同士を噛み合わせる方法においては理想的であるが、この方法における最大の問題点は、モータの回転数を制御するモータ回転制御ドライバが必要であるということである。モータ回転制御ドライバとしては、ＭＯＳトランジスタを制御素子として用い、電圧制御（例えば、パルス幅制御、通称ＰＷＭ制御）を行う方式が一般的であるが、スタータのモータは大出力にも関わらず低電圧（通常１２Ｖ）であるので、必然的に５００Ａを超える大電流容量のＭＯＳトランジスタが必要となり、結果として、極めて高コストとなる。
【０００７】
加えて、ピニオンの回転数をリングギヤの回転数に同期させる場合は、回転数のフィードバック制御が必要となるため、同期させるのに時間を要し、極短時間であるエンジン回転降下中に同期が間に合わないケースが増加する懸念がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、高コストのモータ回転制御ドライバを用いることなく、エンジンの停止過程における回転降下中のリングギヤにスタータのピニオンを短時間で噛み合わせてエンジンを再始動できるエンジン始動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（請求項１の発明）
本発明のエンジン始動装置は、エンジンの始動を行うスタータと、エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、スタータの作動を制御する制御手段とを備えている。
スタータは、通電により回転力を発生するモータと、このモータの回転力が伝達されて回転する出力軸と、この出力軸の外周にヘリカルスプライン嵌合する一方向クラッチと、この一方向クラッチを介してモータの回転力が伝達されるピニオンと、このピニオンを一方向クラッチと一体にエンジン側に設けられたリングギヤへ押し出す働きを有するピニオン押出手段と、モータへの通電電流をオン／オフするモータ通電手段とを備え、ピニオン押出手段の作動によりピニオンが一方向クラッチと一体にリングギヤ側へ押し出されてリングギヤに押し付けられた時に、リングギヤがピニオンを回そうとする回動トルクより一方向クラッチの空転側の回動トルクの方が小さく設定されている。
制御手段は、ピニオン押出手段の作動とモータ通電手段の作動を個々に独立して制御でき、回転数検出手段により検出されるリングギヤの回転数とモータの回転数よりリングギヤとピニオンとの相対回転数を求め、所定の相対回転数（但し、リングギヤの回転数＞ピニオンの回転数）の時にピニオン押出手段を作動させることを特徴とする。
【０００９】
本発明のエンジン始動装置は、エンジンの停止過程でリングギヤの回転降下中に再始動要求が発生すると、リングギヤとピニオンとが所定の相対回転数（但し、リングギヤの回転数＞ピニオンの回転数）の時にピニオン押出手段が作動して、ピニオンが一方向クラッチと一体にリングギヤ側へ押し出される。このピニオン押出手段の作動により、ピニオンの端面がリングギヤの端面に当接して所定の荷重で押し付けられた時に、リングギヤがピニオンを回そうとする回動トルクより一方向クラッチの空転側の回動トルクの方が小さく設定されているので、ピニオンは、一方向クラッチの空転により、リングギヤの回転に瞬時に同期して回転する。同期の瞬間からもリングギヤは回転降下を継続するが、この時、一方向クラッチが繋がり側（回転伝達方向）となるため、リングギヤの回転に同期した状態でピニオンが回転降下することはなく、ピニオンに対してリングギヤが反回転側にずれることにより、ピニオンとリングギヤとの噛み合いが達成される。
なお、エンジン回転数を直接検出する必要はなく、クランク角センサ等でもよい。
【００１０】
（請求項２の発明）
請求項１に記載したエンジン始動装置において、リングギヤの歯の軸方向ピニオン側の端面をリングギヤ端面と呼び、ピニオンの歯の軸方向リングギヤ側の端面をピニオン端面と呼ぶ時に、リングギヤ端面とピニオン端面の少なくとも一方には、回転方向と交差する方向に凹部が形成されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、ピニオンがピニオン押出手段の作動により押し出されて、ピニオンの端面がリングギヤの端面に当接した時に、例えば、ピニオン端面に形成された凹部がリングギヤの歯に引っ掛かるため、ピニオンの回転がリングギヤの回転に瞬時に追随する（同期する）ことが出来、素早い噛み合いを達成できる。
【００１１】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載したエンジン始動装置において、リングギヤの歯の軸方向ピニオン側の端面をリングギヤ端面と呼び、ピニオンの歯の軸方向リングギヤ側の端面をピニオン端面と呼ぶ時に、リングギヤ端面とピニオン端面の少なくとも一方には、摩擦係数を大きくする摩擦係数増加手段が形成されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、ピニオンがピニオン押出手段の作動により押し出されて、ピニオンの端面がリングギヤの端面に当接した時に、両端面間の摩擦力が摩擦係数増加手段によって増大するため、ピニオンの回転がリングギヤの回転に瞬時に追随する（同期する）ことが出来、素早い噛み合いを達成できる。
【００１２】
（請求項４の発明）
請求項２に記載したエンジン始動装置において、リングギヤの歯の周方向の面をリングギヤ歯面と呼び、ピニオンの歯の周方向の面をピニオン歯面と呼ぶ時に、凹部は、リングギヤ端面とリングギヤ歯面との交差部と、ピニオン端面とピニオン歯面との交差部との少なくとも一方に設けた面取り部であることを特徴とする。
上記の構成によれば、ピニオンがリングギヤに当接した後、ピニオンの歯とリングギヤの歯とが軸方向に引っ掛かる確率が高くなるため、ピニオンとリングギヤとの回転の同期に関する信頼性を向上できる。また、アイドルストップ車両においては、アイドルストップを実施しない従来と同様の通常始動もある程度の回数行う場合を想定する必要があるため、上記の面取り部を形成することにより、アイドルストップと通常始動の両方の噛み合い性能を確保できる。
【００１３】
（請求項５の発明）
請求項３に記載したエンジン始動装置において、摩擦係数増加手段は、ピニオンのモジュールの数分の一以下の深さと幅を有する複数の溝であることを特徴とする。
上記の構成によれば、加工の容易なローレット等の手段により摩擦係数増加手段を容易に形成できる。
【００１４】
（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかのエンジン始動装置において、モータは、電機子に設けられる整流子と、この整流子の表面（整流子面と呼ぶ）に当接するブラシと、このブラシを整流子面に押圧するブラシスプリングとを有する直流ブラシ付きモータであり、電機子の回動トルクを一方向クラッチの空転側の回動トルクより大きくなるように設定したことを特徴とする。
【００１５】
ピニオン押出手段の作動により、リングギヤに押し付けられたピニオンがリングギヤの回転に追随して同期した後、リングギヤが回転降下を継続することにより、リングギヤの回転力がピニオンの回転を減速させる方向に作用する。ここで、ピニオンと一体に構成された一方向クラッチは繋がり側となるため、ピニオンの回転を減速させる方向に作用する回転力がモータ側に伝達される。この時、本発明のモータは、ブラシスプリングによりブラシが整流子面に押圧されることで電機子の回転にブレーキ力が作用するため、リングギヤ側からは電機子を回し難くなる。その結果、リングギヤの回転降下に同期してピニオンが回転降下することはなく、ピニオンの歯とリングギヤの歯の位置がずれ易くなるため、両ギヤの噛み合い完了に要する時間を短くできる。
【００１６】
（請求項７の発明）
請求項６に記載したエンジン始動装置において、スタータは、モータの回転速度を減速して出力軸に伝達する減速装置を有することを特徴とする。
ピニオンの回転を減速させる方向に作用するリングギヤの回転力がモータ側に伝達される場合に、モータと出力軸との間に減速装置を配設することで、リングギヤ側からは電機子を更に回し難くなる。これにより、ピニオンの歯とリングギヤの歯の位置がずれ易くなる作用が確実となり、両ギヤの噛み合い完了に要する時間をより短くできる。
【００１７】
（請求項８の発明）
請求項１〜７に記載した何れかのエンジン始動装置において、制御手段は、ピニオン押出手段の作動開始から所定時間経過後に、モータ通電手段を作動させることを特徴とする。本発明によれば、ピニオンがリングギヤに完全に噛み合った状態でモータに通電してエンジンを始動させることができるので、エンジンの停止過程でリングギヤの回転降下中であっても、ピニオンとリングギヤとの不完全噛み合い状態に起因するギヤダメージの発生を防止できるため、スタータの作動回数が多いアイドルストップ車両におけるギヤ寿命を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】スタータの全体図である。
【図２】ピニオン押出用ソレノイドとモータ通電用スイッチの断面図である。
【図３】エンジン始動装置の電気回路図である。
【図４】エンジン停止過程において回転降下中のリングギヤにピニオンが噛み合う第１のケースを示す作動説明図である。
【図５】エンジン停止過程において回転降下中のリングギヤにピニオンが噛み合う第２のケースを示す作動説明図である。
【図６】エンジン停止過程におけるエンジン回転数を横軸に時間を取って示した図である。
【図７】リングギヤとピニオンを軸方向から見た図である。
【図８】ピニオン端面に形成された摩擦係数増加手段の一例を示す図である。
【図９】ブラシ付きモータの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
本実施例のエンジン始動装置は、エンジンの自動停止および再始動を自動制御するアイドルストップ装置に使用されるもので、エンジンの始動を行うスタータ１（図１参照）と、このスタータ１の作動を制御する電子制御装置であるＥＣＵ２（図３参照）と、エンジンのクランク軸に取り付けられるリングギヤ３の回転数を検出してＥＣＵ２に出力する回転数検出器４（図３参照）とを備える。
スタータ１は、図１に示す様に、回転力を発生するモータ５と、このモータ５の回転力が伝達されて回転する出力軸６と、この出力軸６の外周上を軸方向に移動可能に設けられたピニオン移動体（後述する）と、シフトレバー７を介してピニオン移動体を反モータ方向（図１の左方向）へ押し出す働きを有するピニオン押出し用ソレノイド８と、バッテリ９（図３参照）からモータ５に電流を流すためのモータ回路に設けられるモータ接点の開閉を行うモータ通電用スイッチ１０等より構成される。
【００２１】
モータ５は、例えば、複数の永久磁石によって構成される界磁１１と、電機子軸１２の一方の端部に整流子１３を設けた電機子１４と、整流子１３の外周面（整流子面と呼ぶ）に当接して配置され、且つ、ブラシスプリング１５（図９参照）によって整流子面に押圧されるブラシ１６等を備える直流ブラシ付きモータである。なお、モータ５の界磁１１は、永久磁石の代わりに、界磁コイルによる電磁石界磁を用いることも出来る。
出力軸６は、減速装置１７を介して電機子軸１２と同一軸線上に配置され、モータ５の回転が減速装置１７で減速されて伝達される。
減速装置１７は、例えば、周知の遊星歯車減速装置であり、遊星歯車１７ａの公転運動を拾う遊星キャリア１７ｂが出力軸６と一体に設けられている。
【００２２】
ピニオン移動体は、クラッチ１８とピニオン１９とで構成される。
クラッチ１８は、出力軸６の外周にヘリカルスプライン嵌合するスプラインバレル１８ａと、このスプラインバレル１８ａと一体に設けられるアウタ１８ｂと、このアウタ１８ｂの内周に相対回転自在に配置されるインナ１８ｃと、アウタ１８ｂとインナ１８ｃとの間で回転力の伝達を断続するローラ１８ｄと、このローラ１８ｄを付勢するローラスプリング（図示せず）等より構成され、ローラ１８ｄを介してアウタ１８ｂからインナ１８ｃへの一方向のみ回転力を伝達する一方向クラッチとして設けられている。
ピニオン１９は、クラッチ１８のインナ１８ｃと一体に設けられ、出力軸６の外周に軸受２０を介して相対回転自在に支持されている。
【００２３】
ピニオン押出し用ソレノイド８とモータ通電用スイッチ１０は、それぞれ通電によって電磁石を形成するソレノイドコイル２１とスイッチコイル２２を有し、このソレノイドコイル２１とスイッチコイル２２との間に、両者に共通して用いられる固定鉄心２３を配置すると共に、ピニオン押出し用ソレノイド８の外周を覆うソレノイドヨーク２４と、モータ通電用スイッチ１０の外周を覆うスイッチヨーク２５とが軸方向に連続して形成され、一つの全体ヨークとして一体に設けられている。即ち、ピニオン押出し用ソレノイド８とモータ通電用スイッチ１０は、図１に示す様に、両者が軸方向に直列に配設されて一体に構成され、モータ５と並列に配置されてスタータハウジング２６に固定されている。
【００２４】
全体ヨークは、図２に示す様に、軸方向一端側（図示左側）の端部に円環状の底面を有し、他端側の端部が開口する有底の筒形状であり、軸方向の一端から他端まで外径が同一寸法を有し、且つ、ソレノイドヨーク２４を形成する軸方向一端側より、スイッチヨーク２５を形成する軸方向他端側の方が内径が大きく、肉厚が薄く設けられている。つまり、全体ヨークの内周面には、ソレノイドヨーク２４を形成する軸方向一端側と、スイッチヨーク２５を形成する軸方向他端側との間に段差が設けられている。
固定鉄心２３は、全体ヨークの他端側に開口する開口端（スイッチヨーク２５の開口端）からスイッチヨーク２５を形成する軸方向他端側の内部に挿入され、軸方向一端側の外周端面が、全体ヨークの内周面に設けられる段差に当接して軸方向に位置決めされる。
【００２５】
以下、全体ヨーク（ソレノイドヨーク２４とスイッチヨーク２５）と固定鉄心２３以外のピニオン押出し用ソレノイド８およびモータ通電用スイッチ１０の構成について、図２および図３を参照して説明する。
ピニオン押出し用ソレノイド８は、ソレノイドヨーク２４を形成する全体ヨークの軸方向一端側の内周に配置される前記ソレノイドコイル２１と、固定鉄心２３の内径側に設けられる一方の吸着面に対向してソレノイドコイル２１の内周を軸心方向に可動するプランジャ２７と、このプランジャ２７の動きをシフトレバー７に伝達するジョイント２８等より構成される。
【００２６】
ソレノイドコイル２１は、一方の端部がコネクタ端子２９（図３参照）に接続され、他方の端部が、例えば、固定鉄心２３の表面に溶接等により固定されてアースされている。コネクタ端子２９には、スタータリレー３０に繋がる電気配線が接続される。
スタータリレー３０は、ＥＣＵ２によりオン／オフ制御され、このスタータリレー３０がオン制御されると、バッテリ９からスタータリレー３０を通じてソレノイドコイル２１に通電される。
【００２７】
プランジャ２７は、ソレノイドコイル２１への通電により固定鉄心２３が磁化されると、その固定鉄心２３との間に配設されるリターンスプリング３１の反力に抗して固定鉄心２３の一方の吸着面に吸着され、ソレノイドコイル２１への通電が停止すると、リターンスプリング３１の反力で反固定鉄心方向（図２の左方向）へ押し戻される。このプランジャ２７は、径方向の中央部に円筒孔を有する略円筒状に設けられ、その円筒孔は、プランジャ２７の軸方向一端側に開口して、他端側に底面を有している。
【００２８】
ジョイント２８は、ドライブスプリング（図示せず）と共にプランジャ２７の円筒孔に挿入されている。このジョイント２８は、棒状に設けられ、プランジャ２７の円筒孔から突き出る一端側の端部にシフトレバー７の一方の端部が係合する係合溝２８ａが形成され、他端側の端部にフランジ部が設けられている。フランジ部は、円筒孔の内周に摺動可能な外径を有し、ドライブスプリングの荷重を受けて円筒孔の底面に押し付けられている。  ドライブスプリングは、プランジャ２７の移動により、シフトレバー７を介して反モータ方向に押し出されたピニオン１９の端面１９ａ（図１参照）が、リングギヤ３の端面３ａ（図１参照）に当接した後、プランジャ２７が固定鉄心２３の一方の吸着面に吸着されるまで移動する間に撓むことで、ピニオン１９をリングギヤ３に噛み込ませるための反力を蓄える。
【００２９】
モータ通電用スイッチ１０は、スイッチヨーク２５を形成する全体ヨークの軸方向他端側の内周に配置される前記スイッチコイル２２と、固定鉄心２３の内径側に設けられる他方の吸着面に対向してスイッチコイル２２の軸心方向に可動する可動鉄心３２と、全体ヨークの他端側に開口する開口部（スイッチヨーク２５の開口部）を塞いで組み付けられる樹脂製の接点カバー３３と、この接点カバー３３に固定される２本の端子ボルト３４、３５と、この２本の端子ボルト３４、３５にそれぞれ固定される一組の固定接点３６と、この一組の固定接点３６間を電気的に断続する可動接点３７等より構成される。
【００３０】
スイッチコイル２２は、一方の端部が外部端子３８（図３参照）に接続され、他方の端部が、例えば、固定鉄心２３の表面に溶接等により固定されてアースされている。外部端子３８は、例えば、接点カバー３３の軸方向端面より外部に突き出て設けられ、ＥＣＵ２に繋がる電気配線が接続される。
スイッチコイル２２の径方向外周側と軸方向の反固定鉄心側には、それぞれ磁路の一部を形成する軸方向磁路部材３９と径方向磁路部材４０が配置されている。
軸方向磁路部材３９は、円筒形状を有し、スイッチヨーク２５の内周に略隙間無く挿入されて、軸方向一端側の端面が固定鉄心２３の外周表面に当接して軸方向に位置決めされている。
【００３１】
径方向磁路部材４０は、スイッチコイル２２の軸心方向に対し直交して配置され、軸方向一端側の外周端面が、軸方向磁路部材３９の軸方向端面に当接してコイル側の位置が規制されている。この径方向磁路部材４０は、可動鉄心３２が軸心方向へ移動できる様に、径方向の中央部に丸孔が開口している。
可動鉄心３２は、スイッチコイル２２への通電により固定鉄心２３が磁化されると、その固定鉄心２３との間に配設されるリターンスプリング４１の反力に抗して固定鉄心２３の他方の吸着面に吸着され、スイッチコイル２２への通電が停止すると、リターンスプリング４１の反力で反固定鉄心方向（図２の右方向）へ押し戻される。
【００３２】
接点カバー３３は、円筒状の脚部３３ａを有し、この脚部３３ａがスイッチヨーク２５を形成する全体ヨークの軸方向他端側の内周に挿入されて、脚部３３ａの端面が径方向磁路部材４０の表面に当接した状態で配置され、全体ヨークの開口端部にかしめ固定されている。
２本の端子ボルト３４、３５は、バッテリケーブル４２（図３参照）が接続されるＢ端子ボルト３４と、モータリード線４３（図１、３参照）が接続されるＭ端子ボルト３５である。一組の固定接点３６は、２本の端子ボルト３４、３５と別体（一体でも可能）に設けられ、接点カバー３３の内側で２本の端子ボルト３４、３５と電気的に接触して機械的に固定されている。
【００３３】
可動接点３７は、一組の固定接点３６より反可動鉄心側（図２の右側）に配置され、可動鉄心３２に固定された樹脂製のロッド４４の端面に接点圧スプリング４５の荷重を受けて押し付けられている。但し、接点圧スプリング４５の初期荷重よりリターンスプリング４１の初期荷重の方が大きく設定されるので、可動接点３７は、スイッチコイル２２が非通電の時に、接点圧スプリング４５を押し縮めた状態で接点カバー３３の内部座面３３ｂに着座している。
モータ接点は、一組の固定接点３６と可動接点３７とで形成され、可動接点３７が接点圧スプリング４５に付勢されて所定の押圧力で一組の固定接点３６に当接し、可動接点３７を介して両固定接点３６間が導通することでモータ接点が閉成された状態となり、可動接点３７が一組の固定接点３６から離れて、両固定接点３６間の導通が遮断されることでモータ接点が開成された状態となる。
【００３４】
ａ）例えば、エンジン停止過程でリングギヤ３の回転降下中に再始動要求が発生した場合の第１のケースにおける作動を図４及び図６〜図９を用いて説明する。
なお、図４（ａ）は、回転降下中のリングギヤ３に対しピニオン１９が前進する過程、同図（ｂ）は、ピニオン１９の端面１９ａがリングギヤ３の端面３ａに当接した状態、同図（ｃ）は、ピニオン１９とリングギヤ３の相対位置が回転方向にずれる過程、同図（ｄ）は、減速するリングギヤ３にピニオン１９が噛み合う様子を示している。
また、図６に示すグラフは、横軸に時間を取ってエンジン回転数Ｎｅｇを表したもので、図中の「Ｘ」は、エンジン停止信号の発生ポイント、「Ｃｍ」は、運転者の意志変化による再始動要求発生ポイント、「Ｓｐ」は、ピニオン押出し用ソレノイド８の作動開始ポイント、「δＮ」は、リングギヤ３とピニオン１９との相対回転数、「Ｍｐ」は、モータ通電用スイッチ１０の作動開始ポイントを示している。
【００３５】
図６に示すＸ点でエンジン停止信号が発生した後、運転者の意志変化によりＣｍ点で再始動要求が発生すると、ＥＣＵ２は、再始動要求が発生した時点のリングギヤ３の回転数を回転数検出器４より入力し、そのリングギヤ３の回転数が予め決められた回転数より低い時は、リングギヤ３とピニオン１９との相対回転数がδＮとなった時点（図６のＳｐ点）で、スタータリレー３０をオン制御する。この時点では、モータ通電用スイッチ１０が作動していない（スイッチコイル２２に通電されていない）ので、モータ５の回転数は「０」であり、上記の相対回転数δＮ＝リングギヤ３の回転数となる。
【００３６】
スタータリレー３０が閉成すると、バッテリ９からピニオン押出し用ソレノイド８のソレノイドコイル２１に通電され、磁化された固定鉄心２３にプランジャ２７が吸引されて移動する。このプランジャ２７の移動に伴い、シフトレバー７を介してピニオン移動体（クラッチ１８とピニオン１９）が反モータ方向へ押し出され、図４（ａ）、（ｂ）に示す様に、回転降下中のリングギヤ３に対しピニオン１９が前進して、ピニオン１９の端面１９ａがリングギヤ３の端面３ａに所定の荷重Ｆ１を持って押圧される。ここで、ピニオン１９の端面１９ａとリングギヤ３の端面３ａとの間の摩擦係数をμ１、ピニオン１９のピッチ円半径をｒｐ（図７参照）とすると、リングギヤ３がピニオン１９を回そうとする回動トルクＴ１は、次式（１）で表される。
Ｔ１＝Ｆ１×ｒｐ×μ１……………………（１）
【００３７】
この時、クラッチ１８の空転側の回動トルクＴ２が上記の回動トルクＴ１より小さくなる（Ｔ１＞Ｔ２）様に設定すると、ピニオン１９の回転がリングギヤ３の回転に連れ回りして同期する。なお、ピニオン１９の歯とリングギヤ３の歯の少なくとも一方には、軸方向の端面に摩擦係数を大きくする摩擦係数増加手段を形成してもよい。その一例として、例えば、図８に示す様に、ピニオン１９の歯の端面１９ａに、ピニオン１９のモジュールの数分の一以下の深さと幅を有する複数の溝１９ｂを形成することもできる。これにより、ピニオン１９の端面１９ａがリングギヤ３の端面３ａに当接した時に、両端面間の摩擦力が増大するため、ピニオン１９の回転がリングギヤ３の回転に瞬時に同期することができる。
【００３８】
同期の瞬間からもリングギヤ３は回転降下を継続するが、この時、クラッチ１８が繋がり側（回転伝達方向）となるため、ピニオン１９がリングギヤ３側から受ける回動トルクは、モータ５の電機子１４を回すトルクＴ３となる。ここで、図９に示す様に、ブラシ１６がブラシスプリング１５により、半径ｒｃを有する整流子１３の外周に摩擦係数μｃをもって押圧されているとすると、電機子１４を回す回動トルクＴ３は、次式（２）で表される。
Ｔ３＝Ｆ２×ｒｃ×μｃ……………………（２）
【００３９】
上記の電機子１４を回す回動トルクＴ３がクラッチ１８の空転側の回動トルクＴ２より大きくなる（Ｔ３＞Ｔ２）様に設定すると、ピニオン１９とリングギヤ３との端面間に生じる摩擦力が電機子１４を回す回動トルクＴ３よりも小さくなる。これにより、リングギヤ３の回転に同期したままピニオン１９が回転降下することはなく、図４（ｃ）に示す様に、ピニオン１９に対してリングギヤ３が反回転側（図示右側）にずれるため、図４（ｄ）に示す様に、リングギヤ３の歯と歯の間にピニオン１９の歯が押し込まれて、両ギヤ３、１９の噛み合いが達成される。
ピニオン１９とリングギヤ３との噛み合いが完了した後、所定時間経過した時点（図６に示すＭｐ点）で、ＥＣＵ２よりモータ通電用スイッチ１０にオン信号が出力される。
【００４０】
モータ通電用スイッチ１０のスイッチコイル２２に通電されると、可動鉄心３２が固定鉄心２３に吸引されて、可動接点３７が一組の固定接点３６に当接し、接点圧スプリング４５に付勢されることでモータ接点が閉成する。その結果、バッテリ９からモータ５に通電されて電機子１４に回転力が発生し、その回転力が減速装置１７を介して出力軸６に伝達され、さらに、出力軸６の回転がクラッチ１８を介してピニオン１９に伝達される。ピニオン１９は、既にリングギヤ３に噛み合っているので、ピニオン１９の回転がそのままリングギヤ３に伝達されることにより、図６に破線グラフで示す様に、エンジン回転数が上昇してエンジンが再始動する。
【００４１】
ｂ）エンジン停止過程でリングギヤ３の回転降下中に再始動要求が発生した場合の第２のケースにおける作動を図５を用いて説明する。
この第２のケースは、ピニオン押出し用ソレノイド８の作動によりピニオン移動体（クラッチ１８とピニオン１９）がリングギヤ側へ押し出された時に、ピニオン１９に形成された面取り部１９ｃがリングギヤ３に形成された面取り部３ｂに引っ掛かった場合である。ピニオン１９の面取り部１９ｃ、および、リングギヤ３の面取り部３ｂは、本発明の請求項２に記載した凹部の一例でもあり、図５（ａ）に示す様に、ピニオン１９の端面角部と、リングギヤ３の歯面角部とに形成されている。なお、ピニオン１９とリングギヤ３のどちらか一方だけに面取り部（本発明の凹部）を形成しても良い。
【００４２】
この第２のケースでは、図５（ｂ）に示す様に、ピニオン１９の面取り部１９ｃがリングギヤ３の面取り部３ｂに引っ掛かることで、ピニオン１９の回転がリングギヤ３の回転に瞬時に同期する。なお、クラッチ１８の空転側の回動トルクＴ２がリングギヤ３側からピニオン１９を回す回動トルクＴ１より小さく設定され、且つ、電機子１４を回す回動トルクＴ３がクラッチ１８の空転側の回動トルクＴ２より大きく設定されることは、第１のケースと同じである。
ピニオン１９の回転がリングギヤ３の回転に同期した瞬間からもリングギヤ３の回転降下は継続するため、図５（ｃ）に示す様に、ピニオン１９に対してリングギヤ３が反回転側（図示右側）にずれることにより、図５（ｄ）に示す様に、リングギヤ３の歯と歯の間にピニオン１９の歯が押し込まれて、両ギヤ３、１９の噛み合いが達成される。ピニオン１９とリングギヤ３との噛み合いが完了した後、所定時間経過した時点（図６に示すＭｐ点）で、ＥＣＵ２よりモータ通電用スイッチ１０にオン信号が出力され、モータ５の回転力がピニオン１９からリングギヤ３に伝達されてエンジンを再始動する。
【００４３】
（実施例１の効果）
本発明のエンジン始動装置は、ピニオン押出し用ソレノイド８の作動により、ピニオン１９の端面１９ａがリングギヤ３の端面３ａに当接して所定の荷重Ｆ１で押し付けられた時に、回転降下中のリングギヤ３がピニオン１９を回そうとする回動トルクＴ１よりクラッチ１８の空転側の回動トルクＴ２の方が小さく設定されているので、ピニオン１９の回転をリングギヤ３の回転に瞬時に同期させて、両ギヤ３、１９を素早く噛み合わせることができる。上記の構成および方法によれば、特許文献１に記載されている高価なモータ回転制御ドライバが不要であるため、低コストのエンジン始動装置を提供できる。
また、特許文献１に記載された従来技術では、ピニオン１９の回転数をリングギヤ３の回転数に同期させる際に、回転数のフィードバック制御を行う必要があるが、本発明では、ピニオン１９の回転をリングギヤ３の回転に瞬時に同期させることができるので、回転数のフィードバック制御を行う必要はなく、リングギヤ３の回転降下中に再始動要求が発生した時に、短時間で、且つ、確実にピニオン１９をリングギヤ３に噛み合わせてエンジンを再始動できる。
【００４４】
さらに、本発明のエンジン始動装置は、従来のスタータによるエンジン始動方式（ピニオン１９の端面１９ａがリングギヤ３の端面３ａに所定の荷重を持って当接した後、モータ５のトルクにより無理やり噛み合わせる方式）とは異なり、エンジンの停止過程におけるリングギヤ３の惰性回転を利用してピニオン１９をリングギヤ３に噛み合わせるため、ピニオン１９の歯とリングギヤ３の歯との間に作用する荷重が小さくなり、両ギヤ３、１９の摩耗が著しく減少する効果がある。これにより、スタータ１の作動回数が大幅に増加するアイドルストップ装置にも好適に用いることができる。
【００４５】
また、従来のスタータによるエンジン始動方式では、静止しているリングギヤ３に対し、モータ５の回転力を利用してピニオン１９を噛み合わせるため、一度噛み合いに失敗すると、ピニオン１９とリングギヤ３との相対回転数が時間と共に大きくなり、再度の噛み合いができなくなる。これに対し、本発明のエンジン始動装置は、リングギヤ３の回転数が低下していく過程でピニオン１９をリングギヤ３の回転に同期させて噛み合わせるので、ピニオン１９とリングギヤ３との相対回転数が時間と共に近づいて噛み合い易くなる。よって、従来のスタータによるエンジン始動方式と比較して、ピニオン１９とリングギヤ３との噛み合いに失敗する確率を飛躍的に低減でき、信頼性の高いエンジン始動装置を提供できる。
【００４６】
（変形例）
上記の実施例では、再始動要求が発生した時点のリングギヤ３の回転数が予め決められた回転数より低い時に、リングギヤ３とピニオン１９との相対回転数がδＮ（リングギヤ３の回転数＝δＮ）となった時点でスタータリレー３０をオン制御してピニオン押出用ソレノイド８を作動させている（この時点では、モータ通電用スイッチ１０のスイッチコイル２２に通電されていない）が、再始動要求が発生した時点のリングギヤ３の回転数が予め決められた回転数より高い時は、ピニオン押出用ソレノイド８より先にモータ通電用スイッチ１０を作動させて、リングギヤ３とピニオン１９との相対回転数がδＮとなった時点でピニオン押出用ソレノイド８を作動させても良い。この場合、リングギヤ３の回転数が予め決められた回転数以下まで低下するのを待つ必要がないので、エンジンの再始動を短時間に行うことが可能である。
なお、この変形例の場合、リングギヤ３とピニオン１９との相対回転数は、回転数検出器４で検出されるリングギヤ３の回転数と、モータ回転数の予測上昇カーブ（モータ５の立ち上がり曲線）より、予め設定されたロジックに基づいてＥＣＵ２により判定することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１    スタータ
２    ＥＣＵ（制御手段）
３    リングギヤ
３ａ  リングギヤの端面
３ｂ  リングギヤに形成された面取り部（凹部）
４    回転数検出器（回転数検出手段）
５    モータ
６    出力軸
８    ピニオン押出用ソレノイド（ピニオン押出手段）
１０    モータ通電用スイッチ（モータ通電手段）
１３    整流子
１４    電機子
１５    ブラシスプリング
１６    ブラシ
１７    減速装置
１８    一方向クラッチ
１９    ピニオン
１９ａ  ピニオンの端面
１９ｂ  ピニオンの端面に形成された複数の溝（摩擦係数増加手段）
１９ｃ  ピニオンの端面角部に形成された面取り部（凹部）
【図１】
2010255523.tif 000003
【図２】
2010255523.tif 000004
【図３】
2010255523.tif 000005
【図４】
2010255523.tif 000006
【図５】
2010255523.tif 000007
【図６】
2010255523.tif 000008
【図７】
2010255523.tif 000009
【図８】
2010255523.tif 000010
【図９】
2010255523.tif 000011